Implementácia aproximácie priamej a inverznej kinematiky paralelného mechanizmu nôh robota Artaban

Implementation and approximation of direct and inverse kinematics for parallel mechanism of Artaban robot legs

Školiteľ: prof. RNDr. Roman Ďurikovič, PhD.

Autor: Zuzana Mačicová

Anotácia

Konkrétne sa jedná o kombináciu kardanového a 4-tyčového mechanizmu v nohe robota.
1. Implementácia aproximácie priamej a inverznej kinematiky paralelného mechanizmu nôh robota Artaban s prirodzenými limitmi jednotlivých kĺbov.
2. Porovnanie aproximácie s analyticky riešením kinematiky vzhľadom na algoritmickú zložitosť a numerickú presnosť

Cieľ

1. Štúdium prehľadu k IK
1.1 Definícia optimálneho riešenia - Pri kinematicky redundantných mechanizmoch pri definícii optimality zohľadňujeme vzdialenosť v joint space, resp. zmenu rýchlosti medzi následnými požadovanými pozíciami ("initial conditions"), zohľadňovanie kolízii bude predbežne úlohou inej časti riadenia robota.
2. Riešenia IK opt. a anal.
2.1 Obmedzujúce podmienky - limity jednotlivých kĺbov
3. Implementácia - Momentálne bude v prostredí Gazebo, ktoré budeme používať na verifikáciu inverznej kinematiky. Model robota a ovládače sú už naimplementované. Implementácia inverznej kinematiky bude vlastná práca, s použitím knižníc na bežné matematické operácie (numpy a pod.)
4. Ukážky výsledkov a problémov

Časový plán

koniec októbra - štúdium analytického riešenia kinematiky 4-tyčového mechanizmu

koniec novembra - definícia optimálneho riešenia, vydefinovanie si parametrov, na základe ktorých sa bude porovnávať aproximačné riešenie s analytickým, implementácia analytického riešenia doprednej a inverznej kinematiky prednej nohy robota

koniec decembra - implementácia analytického riešenia doprednej a inverznej kinematiky zadnej nohy robota, začanie písania - kapitola motivácia/úvod/definícia a popis problému/odvodenie analytického riešenia

koniec januára - implementácia aproximačného riešenia prednej a zadnej nohy, pokračovanie v písaní práce

február - apríl - písanie práce

Zdroje

Chin Pei Tang. “Lagrangian Dynamic Formulation of a Four-Bar Mechanism with Minimal Coordinates” (2006)

Norberto Torres-Reyes. “2-Link Kinematics of Planar Robotic Arm” (2018)

Scipy - dokumentácia

Panza Robotics, s.r.o., 2022. Dostupné z https://www.panzarobotics.com/.

Huashan Feng Yuhai Zhong, Runxiao Wang and Yasheng Chen. Analysis and research of quadruped robot’s legs: A comprehensive review. International Journal of Advanced Robotic Systems, May-June:1–15, 2019.

Úrad priemyselného vlastníctva Slovenskej republiky. Noha robota. Majiteľ: Panza Robotics, s.r.o. Pôvodca: Balajka Radoslav, Ing. [Citované 2022-01-08] Do- stupné z https://sk.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument? FT=D&date=20210929&DB=&locale=sk_SK&CC=SK&NR=9321Y1&KC=Y1&ND=4.s

Prezentácia zdrojov

Denník

14.2. - 20.2.2022

Dokončenie aproximácie pre zadnú nohu, začanie spisovania priamej analytickej kinematiky pre zadnú nohu.

21.2. - 27.2.2022

Pokračovanie spisovania priamej analytickej kinematiky pre zadnú nohu.

28.2. - 6.3.2022

Pokračovanie spisovania priamej analytickej kinematiky pre zadnú nohu. Uprava aproximácie.

7.3. - 13.3.2022

Refaktorizacia. Pokračovanie spisovania analytickej kinematiky pre zadnú nohu.

14.3. - 20.3.2022

Refaktorizacia - vyuzitie dekoratorov. Pokračovanie spisovania analytickej kinematiky pre zadnú nohu.

21.3. - 27.3.2022

Oprava vizualizacii.

28.3. - 3.4.2022

Oprava rovnic pre stvortycovy mechanizmus.

4.4. - 10.4.2022

Prepisanie rovnic v texte a nadvazujucich casti.

11.4. - 17.4.2022

Aproximacie pre zadnu nohu pomocou polynomov.

18.4. - 24.4.2022

Pisanie prace - analyticka kinematika zadnej nohy, teoria k aproximaciam, implementacia.

25.4. - 1.5.2022

Pisanie prace - tvorba class diagramu, popis implementacie

2.5. - 8.5.2022

Porovnanie roznych metod vypoctu inverznej kinematiky, verfikacia riesenia, pokracovanie v pisani.

9.5. - 15.5.2022

Pisanie prace.

Prototyp

Inverzna kinematika prednej nohy

Front leg forward kinematics

Inverzna kinematika zadnej nohy

Rear leg forward kinematics

Porovnanie uhol motorB k vzdialenosti konca nohy pre prednu nohu. Cierna predstavuje data zo simulatora Gazebo, zelene z analytickej kinematiky.

Rear leg forward kinematics

Porovnanie uhol motorB k vzdialenosti konca nohy pre zadnu nohu. Cierna predstavuje data zo simulatora Gazebo, zelene z analytickej kinematiky.

Rear leg forward kinematics